Una de les principals tasques de la física teòrica actual és trobar una resposta a la pregunta de si hi ha dimensions superiors. Realment l'espai només consisteix en longitud, amplada i alçada, o és només una limitació de la percepció humana? Durant mil·lennis, els científics van rebutjar fermament la idea de l'existència d'un espai multidimensional. Tanmateix, la revolució científica i tecnològica ha canviat molt, i avui la ciència ja no és tan categòrica en el tema de les dimensions superiors.
Quina és l'essència del concepte "espai multidimensional"?
L'home viu en un món que consta de tres dimensions. Les coordenades de qualsevol objecte es poden expressar en tres valors. I de vegades dos, quan es tracta del que hi ha a la superfície de la Terra.
La longitud, l'amplada i l'alçada es poden utilitzar per descriure tant els objectes terrestres com els cossos celestes: planetes, estrelles i galàxies. També són suficients per a les coses que habiten el microcosmos: molècules, àtoms i elementalspartícules. Es considera que la quarta dimensió és el temps.
Hi d'haver almenys cinc dimensions en un espai multidimensional. La física teòrica moderna ha desenvolupat moltes teories per a espais amb dimensions diferents, fins a 26. També hi ha una teoria que descriu un espai amb un nombre infinit de dimensions.
D'Euclides a Einstein
Físics i matemàtics de l'Antiguitat, l'Edat Mitjana i l'època moderna van negar categòricament la possibilitat de l'existència de dimensions superiors. Alguns matemàtics fins i tot van deduir justificacions per a la limitació de l'espai per tres paràmetres. La geometria euclidiana suposava només tres dimensions.
Abans de l'arribada de la relativitat general, els científics generalment consideraven que l'espai multidimensional era un tema indigne d'estudi i d'avanç de teories. Quan Albert Einstein va formular els conceptes d'espai-temps, combinant tres dimensions amb la quarta, el temps, la certesa en aquesta matèria va desaparèixer immediatament.
La teoria de la relativitat demostra que el temps i l'espai no són coses separades i independents. Per exemple, si els astronautes aborden una nau que es mou a gran velocitat durant molt de temps, aleshores en tornar a la Terra seran més joves que els seus companys. El motiu és que passarà menys temps per a ells que per als humans a la Terra.
Teoria de Kaluza-Klein
El 1921, el matemàtic alemany Theodor Kaluza, utilitzant les equacions de la teoria de la relativitat, va crear una teoria queque per primera vegada combinava la gravetat i l'electromagnetisme. Segons aquesta teoria, l'espai té cinc dimensions (inclòs el temps).
El 1926, el físic suec Oscar Klein va deduir la justificació de la invisibilitat de la cinquena dimensió, descrita per Kaluza. Consistia en el fet que les dimensions més altes es comprimeixen a un valor increïblement petit, que s'anomena valor de Planck i és de 10-35. Posteriorment, això va formar la base d' altres teories de l'espai multidimensional.
Teoria de cordes
Aquesta àrea de la física teòrica és, amb diferència, la més prometedora. La teoria de cordes afirma ser el que els físics han estat buscant des de l'arribada de la relativitat general. Aquesta és l'anomenada teoria de tot.
El fet és que dos principis físics fonamentals -la teoria de la relativitat i la mecànica quàntica- es troben en contradicció irresoluble. La teoria del tot és un concepte hipotètic que podria explicar aquesta paradoxa. Al seu torn, la teoria de cordes és més adequada per a aquesta funció.
L'essència és que al nivell subatòmic de l'estructura del món, les partícules vibren, de manera similar a la vibració de les cordes ordinàries, per exemple, un violí. D'aquí va rebre el nom la teoria. A més, les dimensions d'aquestes cordes són extremadament petites i fluctuen al voltant de la longitud de Planck, la mateixa que apareix a la teoria de Kaluza-Klein. Si un àtom s'amplia a la mida d'una galàxia, la corda només arribarà a la mida d'un arbre adult. La teoria de cordes només funciona en l'espai multidimensional. I n'hi ha diversosversions. Alguns requereixen espai de 10 dimensions, mentre que d' altres requereixen espai de 26 dimensions.
En el moment dels seus inicis, la teoria de cordes era percebuda pels físics amb gran escepticisme. Però avui és el més popular i molts físics teòrics estan compromesos en el seu desenvolupament. Tanmateix, encara no és possible demostrar experimentalment les disposicions de la teoria.
espai de Hilbert
Una altra teoria que descriu dimensions més altes és l'espai de Hilbert. Va ser descrit pel matemàtic alemany David Hilbert mentre treballava en la teoria d'equacions integrals.
L'espai de Hilbert és una teoria matemàtica que descriu les propietats de l'espai euclidià en dimensió infinita. És a dir, és un espai multidimensional amb un nombre infinit de dimensions.
L'hiperespai a la ciència-ficció
La idea de l'espai multidimensional ha donat lloc a moltes trames de ciència-ficció, tant literàries com cinematogràfiques.
Així, a la tetralogia "Songs of Hyperion" de Dan Simmons, la humanitat utilitza una xarxa de portals nuls hiperespacials capaços de transferir objectes a l'instant a llarga distància. A Starship Troopers de Robert Heinlein, els soldats també utilitzen l'hiperespai per viatjar.
La idea del vol hiperespacial s'ha utilitzat en moltes pel·lícules d'òpera espacial, incloses la famosa saga Star Wars i la sèrie de televisió Babylon 5.
La trama de la pel·lícula "Interstellar" està gairebé totalment lligada a la ideadimensions superiors. A la recerca d'un planeta adequat per a la colonització, els herois viatgen per l'espai a través de forats de cuc: un túnel hiperespacial que condueix a un altre sistema. I cap al final, el personatge principal s'endinsa en el món de l'espai multidimensional, amb l'ajuda del qual aconsegueix traslladar la informació al passat. La pel·lícula també mostra clarament la connexió entre l'espai i el temps, deduïda per Einstein: per als astronautes, el temps passa més lentament que per als personatges de la Terra.
A la pel·lícula "Cube 2: Hypercube" els personatges es troben dins d'un tesseract. Així que en la teoria de les dimensions superiors s'anomena cub multidimensional. A la recerca d'una sortida, es troben en universos paral·lels, on es troben amb les seves versions alternatives.
La idea d'un espai multidimensional encara és fantàstica i sense provar. Tanmateix, avui és molt més proper i real que fa unes dècades. És molt possible que en el proper segle, els científics descobreixin una manera de moure's en dimensions superiors i, per tant, viatjar en mons paral·lels. Fins aleshores, la gent fantasiarà molt sobre aquest tema, inventant històries sorprenents.
